Benötigte Haftkraft für Magnetleiste

Supermagnete S-20-10-N
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Wenn man einen magnetischen Messerblock oder eine Magnetleiste selber bauen möchte, stellt sich natürlich schnell die Frage nach der Auswahl der passenden Magnete*.

Der wichtigste Aspekt dabei ist natürlich die Haftkraft. – Man möchte ja weder dass die kostbaren Messer herunter fallen, noch dass man die Messer kaum von der Magnetleiste bekommt oder man beim Entnehmen der Messer den Messerblock verschiebt.

Ein paar Tipps zur Auswahl der korrekten Magnete und zur Bestimmung der nötigen Haftkraft möchten wir Ihnen im folgenden Artikel geben.

Reibungskraft und Normalkraft

Magnet-Haftkraft und Reibung
Magnetkraft und Schwerkraft

Wenn ein Messer senkrecht an einer Magnetleiste haften soll, muss der Magnet die Schwerkraft Fg, die auf das Messer wirkt kompensieren. Die in diesem Zusammenhang wichtige Kraft ist die Reibkraft Fr.

Damit das Messer nicht herunter gleitet bzw. fällt, muss die Reibkraft größer als die Schwerkraft sein. Das heißt:

Fr > Fg

Da die Haftkraft von Magneten in den meisten Onlineshops in Kilogramm angegeben wird, werden wir in diesem Artikel Kraft und Gewicht gleichsetzen. Dies ist möglich, weil sich beide Werte in unserem Fall immer um den konstanten Faktor 9,81 m/s², die Erdbeschleunigung, unterscheiden. Die Vereinfachung erleichtert die Auswahl der korrekten Magnete und man muss nicht immer die Umrechnung Newton <=> Kilogramm durchführen. – Sprich: Die Reibkraft muss also dem Gewicht des Messers entsprechen.

Wie berechnet man nun die Reibkraft? Umgangssprachlich zieht der Magnet das Messer ja nicht nach oben, sondern zu sich. Das bedeutet, dass bei den meisten Anwendungen die Magnetkraft senkrecht zur Erdanziehung, also waagerecht, wirkt: Die Magnetkraft Fn ist senkrecht zur Schwerkraft Fg, die nach unten auf das Messer wirkt. Die Reibkraft Fr ist der Schwerkraft Fg entgegen nach oben gerichtet und im Idealfall größer als diese. Die Reibkraft Fr berechnet sich dabei:

Fr = µ * Fn

Der Wert µ ist die Reibungszahl von Stahl (Klinge) auf dem Material der selbst gebauten Magnetleiste (i.d.R. Holz). Für die Reibpaarung „Holz zu Stahl“ finden sich Reibungszahlen von 0,2 bis 0,6. – Da sowohl Messer als auch die Magnetleiste in der Regel eher glatt bzw. poliert ausfallen, empfehlen wir vom für die Haftung ungünstigeren Wert µ = 0,2 auszugehen.

Für unsere beispielhafte Berechnung wollen wir ein durchschnittliches Kochmesser mit 200 mm Klingenlänge wählen. Ein solches Messer wiegt in der Regel ca. 300 g = 0,3 kg. Die Reibkraft Fr muss also mindestens 300 g betragen um die Schwerkraft zu kompensieren. Die benötigte Magnetkraft Fn berechnet sich wie folgt:

Fn = Fr / µ = 0,3 kg / 0,2 = 1,5 kg

Man würde also einen Magnet mit einer Haftkraft von mindestens 1,5 kg benötigen. Das gilt aber nur, wenn der Magnet direkten Kontakt zur Klinge hat.

Anziehungskraft und Abstand

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Magnet mit Abstand zur Klinge

Die Magnetleisten oder magnetische Messerblöcke werden meist so gebaut, dass die Magnete die Messer nicht berühren um die Klingen vor unschönen Kratzern zu schützen.

Die Haft- bzw. Anziehungskraft der Magnete nimmt mit steigender Entfernung zum Messer aber sehr stark ab. Der oben berechnete Wert für die Haftkraft reicht also noch nicht aus.

Im folgenden Diagramm zeigen wir Ihnen die Abnahme der Haft-/Anziehungskraft mit zunehmendem Abstand zur Klinge für einen recht gängigen Scheibenmagneten. Der Magnet Typ S-20-5-N hat einen Durchmesser von 20 mm ist 5 mm dick und hat eine Magnetisierung N42. Die angenommene Klinge besteht aus Eisen und ist 3 mm stark.

magnetkraft eisen abstand s-20-5-nWie man sieht hat der Magnet bei 0 mm Abstand, also direktem Kontakt, eine Haftkraft von ca. 6,5 kg. Bereits bei einem halben Millimeter Abstand hat sich die Anziehung um fast 2 kg verringert und bei 4 mm Abstand beträgt die Anziehung nur noch ca. 1 kg.

Man muss also darauf achten, dass der oben berechnete Wert für Fn nicht mit der maximalen, sondern mit der für den konstruierten Abstand geltenden Anziehungskraft der in Frage kommenden Magnete verglichen werden muss. Der Zusammenhang von Entfernung und Anziehungskraft ist von mehreren Faktoren abhängig und kann entweder Produktbeschreibungen, Datenblättern oder Online-Rechnern entnommen werden.

Holz zwischen Magnet und Klinge

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Verdeckter Magnet

Bei den meisten magnetischen Messerblöcken oder selbst gebauten Magnetleisten haben Klinge und Magnet nicht nur Abstand, sondern es befindet sich zusätzlich Holz dazwischen. – Die Magnete sollen ja unsichtbar bleiben.

Wenn in den Abstand zwischen Klinge und Magnet nun also noch ein isolierendes Material – wie in unserem Beispiel das Holz – eingebracht wird, verringert sich die Haft- bzw. Anziehungskraft des Magneten noch weiter. Schon bei wenigen Millimetern Entfernung würde ein Magnet mit 6,5 kg Haftkraft durch das Holz hindurch das nur 300 g schwere Messer nicht mehr halten können.

Aus eigener Erfahrung können wir sagen, dass bei einer Holzschicht von ca. drei bis vier Millimetern Scheibenmagnete vom Typ S-20-10-N* (Maximale Haftkraft ca. 10 bis 11 kg) sehr gut geeignet sind um Kochmesser zu halten.